8.1理想集成运放的分析方法
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《电子技术基础》复习要点课程名称:《电子技术基础》适用专业:2018级电气工程及其自动化(业余)辅导教材:《电子技术基础》张志恒主编中国电力出版社复习要点第一章半导体二极管1.本征半导体❑单质半导体材料是具有4价共价键晶体结构的硅Si和锗Ge。
❑导电能力介于导体和绝缘体之间。
❑特性:光敏、热敏和掺杂特性。
❑本征半导体:纯净的、具有完整晶体结构的半导体。
在一定的温度下,本征半导体内的最重要的物理现象是本征激发(又称热激发),产生两种带电性质相反的载流子(空穴和自由电子对),温度越高,本征激发越强。
◆空穴是半导体中的一种等效+q的载流子。
空穴导电的本质是价电子依次填补本征晶体中空位,使局部显示+q电荷的空位宏观定向运动。
◆在一定的温度下,自由电子和空穴在热运动中相遇,使一对自由电子和空穴消失的现象称为复合。
当热激发和复合相等时,称为载流子处于动态平衡状态。
2.杂质半导体❑在本征半导体中掺入微量杂质形成的半导体。
体现的是半导体的掺杂特性。
◆P型半导体:在本征半导体中掺入微量的3价元素(多子是空穴,少子是电子)。
◆N型半导体:在本征半导体中掺入微量的5价元素(多子是电子,少子是空穴)。
❑杂质半导体的特性◆载流子的浓度:多子浓度决定于杂质浓度,几乎与温度无关;少子浓度是温度的敏感函数。
◆体电阻:通常把杂质半导体自身的电阻称为体电阻。
◆在半导体中,存在因电场作用产生的载流子漂移电流(与金属导电一致),还才能在因载流子浓度差而产生的扩散电流。
3.PN结❑在具有完整晶格的P型和N型半导体的物理界面附近,形成一个特殊的薄层(PN结)。
❑PN结中存在由N区指向P区的内建电场,阻止结外两区的多子的扩散,有利于少子的漂移。
❑PN结具有单向导电性:正偏导通,反偏截止,是构成半导体器件的核心元件。
◆正偏PN结(P+,N-):具有随电压指数增大的电流,硅材料约为0.6-0.8V,锗材料约为0.2-0.3V。
◆反偏PN结(P-,N+):在击穿前,只有很小的反向饱和电流Is。
第六章 集成运算放大电路一. 基本要求1. 了解集成运放电路的结构和主要参数,理解集成运放电路的电压传输特性。
2. 掌握反馈类型及组态的判断方法,了解负反馈对放大电路工作性能的影响;3. 熟悉“虚短”、“虚断”的概念,并掌握运放电路线性应用的分析方法;4. 了解运算放大电路的非线性应用;5. 了解正弦波振荡器自激振荡的条件及桥式RC 振荡器的工作原理。
二.主要内容集成运算放大电路是一种具有高放大倍数、高输入阻抗、低输出电阻的直接耦合放大电路。
在线性应用时,要加深度的负反馈电路才能工作。
在非线性应用时,输出仅两种状态。
1. 理想运放电路线性应用的分析依据:(1)-+≈u u “虚短”概念; (2)0≈≈-+i i “虚断”概念。
2.放大电路中的反馈(1) 电压反馈和电流反馈的判断:将输出端负载短路,反馈信号不存在时是电压反馈;反馈信号仍存在的是电流反馈。
如图6-1,(a )电压反馈,(b )电流反馈。
图6-1(2)串联反馈和并联反馈的判断:反馈信号与输入信号串联,并以电压的形式与输入信号比较,是电压反馈;反馈信号与输入信号并联,并以电流的形式与输入信号比较,是电流反馈。
其等效电路如图6-2所示。
a)图6-2 串联反馈与并联反馈的等效电路(3)正、负反馈的判断:“瞬时极性法”可判断正、负反馈。
从输入端开始假设瞬时极性(“+”或“-”),逐极判断各个相关点的极性,从而得到输出信号的极性和反馈信号的极性。
若反馈信号使净输入信号减小是负反馈;若反馈信号使净输入信号增加是正反馈。
(4)运放电路的四种负反馈组态:如图6-3所示。
另外,要会判定分立元件电路的反馈组态形式。
图6-3(c ) 电压并联负反馈 图6-3(d ) 电流并联负反馈 (5)负反馈电路对放大电路的影响负反馈使放大电路的电压放大倍数降低,但使放大电路的工作性能得到了提高和稳定。
负反馈可改善非线形失真,展宽通频带等。
a . 输出电压与输出电流得到稳定电压负反馈具有稳定输出电压的作用;电流负反馈具有稳定输出电流的b)u u d f + + __a) 图6-3(a ) 电压串联负反馈图6-3(b ) 电流串联负反馈u o+_ o R2u 0u i作用。
理想集成运放的三个主要参数
理想集成运放是模拟集成电路中非常重要的器件,具有许多优良的性能。
其三个主要参数是:开环差模电压放大倍数Aod、差模输入电阻Rid和输出电阻Ro。
以下是关于这三个参数的详细解释:
首先,开环差模电压放大倍数Aod是理想集成运放的重要参数之一。
它是指在无反馈情况下,运放输出电压与输入差模电压的比值。
这个参数描述了运放在没有反馈控制下的增益能力。
通常,理想运放的Aod非常大,这意味着它能够将差模信号放大很多倍。
在实际应用中,由于存在反馈回路,运放的开环增益可能并不直接影响其闭环增益。
其次,差模输入电阻Rid也是理想集成运放的一个重要参数。
它表示差模信号输入时,运放的输入电阻。
这个参数反映了运放在信号输入端的阻抗特性。
高的Rid意味着对信号的衰减很小,有利于信号的传输和处理。
在实际应用中,Rid 通常非常大,以确保信号的完整性。
最后,输出电阻Ro是理想集成运放的第三个主要参数。
它表示运放输出端的内阻。
这个参数反映了运放在带负载能力方面的性能。
理想运放的Ro应该非常小,这意味着它能够驱动很大的负载而不失真。
在实际应用中,Ro的大小会受到多种因素的影响,如电源电压、负载阻抗等。
综上所述,理想集成运放的三个主要参数Aod、Rid和Ro分别反映了其在放大能力、输入阻抗和输出驱动能力方面的性能。
这些参数的优化和平衡使得理想集成运放成为一种高性能、高稳定性的模拟电路器件,广泛应用于各种电子系统中。
在设计和应用理想集成运放时,了解这些参数的具体数值和应用范围是非常重要的,以确保系统的稳定性和性能。
第一章半导体二极管一.半导体的基础知识1.半导体---导电能力介于导体和绝缘体之间的物质(如硅Si、锗Ge)。
2.特性---光敏、热敏和掺杂特性。
3.本征半导体----纯净的具有单晶体结构的半导体。
4.两种载流子----带有正、负电荷的可移动的空穴和电子统称为载流子。
5.杂质半导体----在本征半导体中掺入微量杂质形成的半导体。
体现的是半导体的掺杂特性。
*P型半导体:在本征半导体中掺入微量的三价元素(多子是空穴,少子是电子)。
*N型半导体:在本征半导体中掺入微量的五价元素(多子是电子,少子是空穴)。
6.杂质半导体的特性*载流子的浓度---多子浓度决定于杂质浓度,少子浓度与温度有关。
*体电阻---通常把杂质半导体自身的电阻称为体电阻。
*转型---通过改变掺杂浓度,一种杂质半导体可以改型为另外一种杂质半导体。
7.PN结*PN结的接触电位差---硅材料约为0.6~0.8V,锗材料约为0.2~0.3V。
*PN结的单向导电性---正偏导通,反偏截止。
8.PN结的伏安特性二.半导体二极管*单向导电性------正向导通,反向截止。
*二极管伏安特性----同PN结。
*正向导通压降------硅管0.6~0.7V,锗管0.2~0.3V。
*死区电压------硅管0.5V,锗管0.1V。
3.分析方法------将二极管断开,分析二极管两端电位的高低:若V阳>V阴(正偏),二极管导通(短路);若V阳<V阴(反偏),二极管截止(开路)。
1)图解分析法该式与伏安特性曲线的交点叫静态工作点Q。
2)等效电路法直流等效电路法*总的解题手段----将二极管断开,分析二极管两端电位的高低:若V阳>V阴(正偏),二极管导通(短路);若V阳<V阴(反偏),二极管截止(开路)。
*三种模型微变等效电路法三.稳压二极管及其稳压电路*稳压二极管的特性---正常工作时处在PN结的反向击穿区,所以稳压二极管在电路中要反向连接。
集成运放的性能主要参数及国标测试方法集成运放的性能可用一些参数来表示。
集成运放的主要参数:1.开环特性参数(1)开环电压放大倍数Ao。
在没有外接反馈电路、输出端开路、在输入端加一个低频小信号电压时,所测出输出电压复振幅与差动输入电压复振幅之比值,称为开环电压放大倍数。
Ao越高越稳定,所构成运算放大电路的运算精度也越高。
(2)差分输入电阻Ri。
差分输入电阻Ri是运算放大器的主要技术指标之一。
它是指:开环运算放大器在室温下,加在它两个输入端之间的差模输入电压变化量△V i与由它所引起的差模输入电流变化量△I i之比。
一般为10k~3M,高的可达1000M以上。
在大多数情况下,总希望集成运放的开环输入电阻大一些好。
(3)输出电阻Ro。
在没有外加反馈的情况下,集成运放在室温下其输出电压变化与输出电流变化之比。
它实际上就是开环状态下集成运放输出级的输出电阻,其大小反映了放大器带负载的能力,Ro通常越小越好,典型值一般在几十到几百欧。
(4)共模输入电阻Ric。
开环状态下,两差分输入端分别对地端呈现的等效电阻,称为共模输入电阻。
(5)开环频率特性。
开环频率特性是指:在开环状态下,输出电压下降3dB所对应的通频带宽,也称为开环-3dB带宽。
2.输入失调特性由于运算放大器输入回路的不对称性,将产生一定的输入误差信号,从而限制里运算放大器的信号灵敏度。
通常用以下参数表示。
(1)输入失调电压Vos。
在室温及标称电源电压下,当输入电压为零时,集成运放的输出电位Vo0折合到输入端的数值,即:Vos=Vo0/Ao失调电压的大小反映了差动输入级元件的失配程度。
当集成运放的输入端外接电阻比较小时。
失调电压及其漂移是引起运算误差的主要原因之一。
Vos一般在mV级,显然它越小越好。
(2)输入失调电流Ios。
在常温下,当输入信号为零时,放大器两个输入端的基极偏置电流之差称为输入失调电流。
即:Ios=Ib- — Ib+式中Ib-、Ib+为放大器内两个输入端晶体管的基极电流。